Java多线程并发编程

2022 年 8 月 5 日
笔记
JavaSE

多线程并发

在多核CPU中，利用多线程并发编程，可以更加充分地利用每个核的资源

在Java中，一个应用程序对应着一个JVM实例（也有地方称为JVM进程），如果程序没有主动创建线程，则只会创建一个主线程。但这不代表JVM中只有一个线程，JVM实例在创建的时候，同时会创建很多其他的线程（比如垃圾收集器线程）。

线程创建

线程有三种创建方式：

继承Thread类（可以说是将任务和线程合并在一起）
实现Runnable接口（可以说是将任务和线程分开了）
实现Callable接口 (利用FutureTask执行任务)

对比：Runnable接口解决了Thread单继承的局限性。而Callable解决了Runnable无法抛异常给调用方的局限性。

class T extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        println("我是继承Thread的任务");
    }
}
class R implements Runnable {  //解决了单继承问题

    @Override
    public void run() {
        println("我是实现Runnable的任务");
    }
}
class C implements Callable<String> {

    @Override
    public String call() throws Exception {  //可以抛异常
        println("我是实现Callable的任务");
        return "success";    //任务有返回值
    }
}

线程启动

调用线程的start()方法，这里要注意，只有Thread方法可以调用start()，因此需要为其他类型的线程创建方式实例分配Thread实例。

// 启动继承Thread类的任务
Thread MyThread = new MyThread();
MyThread.start();

class MyThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("hello myThread" + Thread.currentThread().getName());
    }
}

// 启动实现Runnable接口的任务
MyRunnable myRunnable = new MyRunnable();
Thread thread = new Thread(myRunnable);  //要给实现Runnable的实例分配新的对象
thread.start();

class MyRunnable implements Runnable{
    @Override
    public void run(){
        System.out.println("hello myRunnable" + Thread.currentThread().getName());
    }
}

// 启动实现了Callable接口的任务 结合FutureTask 可以获取线程执行的结果
FutureTask<String> target = new FutureTask<>(new C());  //C是实现了Callable接口的类
new Thread(target).start();
log.info(target.get());

各线程类图

常用方法

方法	说明
setName(“String”);	给线程设置名称
getName();	获取线程的名称
Thread.currentThread();	获取当前执行的线程对象
Thread.sleep(ms);	线程休眠(以ms为单位)

线程同步

多个线程同时操作某个临界资源可能出现业务安全问题。采用互斥访问

加锁：把临界资源进行上锁，每次只允许一个线程进入访问完成后才解锁，允许其他进程进入

同步代码块

对代码块上锁

快捷键：CTRL+ALT+T

关于锁对象的选择

最好不要用任意唯一的锁对象，因为这会影响其他无关线程的执行。

规范上：建议使用临界资源作为锁对象

对于实例方法建议使用this作为锁对象

对于静态方法建议使用字节码(类名.class)作为锁对象

synchronized(同步锁对象) {  //synchronized(this) 只锁自己的临界资源
	//操作系统资源的代码(出现安全问题的核心代码)
}

同步方法

对方法上锁

在方法定义时加上synchronized关键字即可

同步方法底层有隐式锁对象

如果方法是实例方法：同步方法默认使用this作为锁对象

如果方法是静态方法：同步方法默认使用类名.class作为锁对象

修饰符 synchronized 返回值类型 方法名称(形参列表) {
	//操作系统资源的代码
}

Lock锁

//创建锁
private final Lock lock = new ReentranLock();

lock.lock();    //加锁
	try {
        //锁住的内容
    } finally {
		lock.unlock();  //解锁
    }

线程通信

典型应用：生产者-消费者模型

实现方法：使用一个共享变量实现线程通信

方法名称	功能
锁.wait()	让当前线程等待并释放所占锁，直到另一个线程调用notify()方法或notifyAll()方法
锁.notify()	唤醒正在等待的单个线程
锁.notifyAll()	唤醒正在等待的所有线程

线程池

一个可以复用线程的技术，当请求过多时用于降低系统开销

ExecutorService代表线程池接口

如何得到线程池对象

方式一：使用ExecutorService的实现类ThreadPoolExecutor创建线程池对象

创建临时线程的条件：①核心线程全忙 ②任务队列满

拒绝任务的条件：临时线程和核心线程全忙

线程池处理Runnable任务的方法：

public class Communication {
    public static void main(String[] args) {
        //线程池创建
        ExecutorService pool = new ThreadPoolExecutor(3,5,2, TimeUnit.MINUTES, new ArrayBlockingQueue<>(5),new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());
        Runnable myRunnable = new myRunnable();
		//线程池产生Runnable线程对象
        pool.execute(myRunnable);
        pool.execute(myRunnable);
        pool.execute(myRunnable);
        pool.execute(myRunnable);
        pool.execute(myRunnable);
        pool.execute(myRunnable);
        pool.execute(myRunnable);
        pool.execute(myRunnable);
        //开始创建临时线程
        pool.execute(myRunnable);
        pool.execute(myRunnable);
        //抛出异常
        pool.execute(myRunnable);
    }
}

/**
 * 功能：用线程池实现Runnable对象
 */
class myRunnable implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在打印hello ==>" + i);
        }
        try {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "开始睡眠");
            Thread.sleep(1000000);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

线程池处理Callable任务的方法

public class Communication {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        //线程池创建（不变）
        ExecutorService pool = new ThreadPoolExecutor(3,5,2,
                TimeUnit.MINUTES, new ArrayBlockingQueue<>(5),new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());
		//调用线程池的submit方法处理myCallable对象，并用Future Task的父类Future继承
        Future<String> f1 = pool.submit(new myCallable(100));
        Future<String> f2 = pool.submit(new myCallable(200));
        Future<String> f3 = pool.submit(new myCallable(300));
        Future<String> f4 = pool.submit(new myCallable(400));
        Future<String> f5 = pool.submit(new myCallable(500));
		//调用get方法返回内容
        System.out.println(f1.get());
        System.out.println(f2.get());
        System.out.println(f3.get());
        System.out.println(f4.get());
        System.out.println(f5.get());
    }
}

/**
 * 功能：用线程池实现Callable线程对象
 */
class myCallable implements Callable<String> {
    private int n;

    public myCallable(int n) {
        this.n = n;
    }
    @Override
    public String call() throws Exception {
        int sum = 0;
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            sum += i;
        }
        return Thread.currentThread().getName() + "计算的1-" + n + "结果为" + sum;
    }
}

方式二：使用Executors（线程池的工具类）调用方法返回不同线程池对象【非重点】

Executors工具类底层是ThreadPoolExecutor，但在大型并发系统环境使用Executors可能出现系统风险

	ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(固定线程个数)
    //底层调用ThreadPoolExecutor，仅有核心线程

定时器

一种控制任务延时调用，或者周期调用的技术

实现方式：：①Timer ②ScheduledExecutorService定时器

Timer定时器

Timer timer = new Timer();
//schedule还有其他几种重载方式，见jdk
timer.schedule(new TimerTask() {
    @Override
    public void run() {
        //线程内容1
    }
},0,2000);
    
timer.schedule(new TimerTask() {
    @Override
    public void run() {
        //线程内容2
    }
},0,2000);

Timer定时器存在的问题

1、Timer定时器是单线程，处理多个任务顺序执行，存在延时问题

2、因为是单线程，若Timer线程死掉，会影响后续任务执行

ScheduledExecutorService定时器

ScheduledExecutorService内部是一个线程池,一个任务不会干扰其他任务

ScheduledExecutorService在日常开发中更加常用

public static void main(String[] args) {
        //
    ScheduledExecutorService timer = new ScheduledThreadPoolExecutor(3);

    //scheduleAtFixedRate表示以固定频率定时
    timer.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            System.out.println("定时1" + new Date());
        }
    },0,2,TimeUnit.SECONDS);
    
    timer.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            System.out.println("定时2" + new Date());
        }
    },0,3,TimeUnit.SECONDS);
}

线程生命周期

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